星舰最大亮点是全流量液氧甲烷火箭发动机！我国计划2028年前造出

最近，星舰发射的新闻吸引太多目光了，很多人对星舰的评价极高。然而，实际上星舰的箭体性能并不出色，它的真正厉害之处实际上是猛禽全流量液氧甲烷火箭发动机。至于箭体、垂直降落、多发动机并联控制等关键技术，无非就是砸钱多试而已。

星舰箭体材料平庸，性能并不出色。

马斯克对外宣传称星舰一级推力7590吨，发射重量约5000吨，考虑回收时LEO最大运力150吨，不考虑回收时最大运力高达250吨。这些指标均创下了世界纪录。

按照250吨的LEO运力计算，星舰的载荷系数高达5%，这个指标非常优秀。这还是采用不锈钢材料制造箭体取得的成绩，如果换成轻质高强的铝合金，它的运力系数还会更高。

然而，星舰实现这个指标是有巨大代价，一是超高的长径比，导致今后基本没有改进潜力，而且还增加了控制难度；二是二级与载荷舱刚性连接，无法实现载荷与二级分离。

由于载荷无法与二级分离，星舰在执行多数发射任务时，是做不到250吨LEO运力的。

如果长征五号二级与载荷舱也采用刚性连接，那么它的LEO最大运力可以从25吨提升到32吨以上，运力增幅高达28%以上。

材料方面，星舰采用的是笨重的不锈钢材料，这么做只是为了降低箭体造价而已。

由此可见，从技术角度来看，星舰的箭体设计和材料技术并不值得我国学习。

星舰的真正厉害之处是它采用的猛禽二代全流量液氧甲烷火箭发动机。

尽管星舰采用不锈钢材料制造箭体，导致它的结构重量比多数高性能火箭更重，但它最终的运力系数却高达5%，即便二级更改设计，换成柔性连接，增加分离机构，导致运力下降28%，星舰的LEO最大运力也能达到195吨左右，运力系数也高达3.9%左右，总体指标仍然非常优秀。

然而，如此优秀的指标并不是箭体带来的，而是由发动机带来的。

星舰采用的是世界首款实用化的全流量液氧甲烷火箭发动机，它的技术指标非常高。

全流量火箭发动机并不是由马斯克的Space X公司开创，而是前苏联开创的。世界上第一款全流量火箭发动机是前苏联研制的RD-270，但世界上第一款实用的全流量火箭发动机是Space X公司研制的猛禽二代液氧甲烷火箭发动机。

猛禽二代火箭发动机直径1.3米，高3.1米，自重1.6吨，海平面推力达230吨，室压30Mpa，海平面比冲可达327秒，可重复使用次数超过50次，造价仅100万美元，相比美国其他高性能火箭发动机造价来说简直就是白菜价。简单来说就是，猛禽二代火箭发动机具有高比冲、高推重比、造价低廉的优势，并且还能重复使用几十次，相比同级别高压补燃液氧煤油火箭发动机来说具有非常大的性能优势和价格优势。带来这些优势的根本原因在于全流量火箭发动机产生同等推力和比冲的前提下，其预燃室温度更低，燃气涡轮耐久性自然就更好，预燃室温度相同的前提下输出功率更高。

那么我国有没有能力造出全流量液氧甲烷火箭发动机呢？

在回答这个问题之前，我们要先搞清楚全流量液氧甲烷火箭发动机的最大技术难点是什么？

答案是：在于如何确保燃气发生器在“富氧燃烧”和“富燃燃烧”条件下长期稳定工作。

火箭发动机按照工作原理可分为开式循环和闭式循环两大类。主流的开式循环火箭发动机都采用燃气发生器驱动涡轮泵，产生高压泵送燃料和氧化剂的动力，将燃料和氧化剂泵送到燃烧室混合燃烧，产生推力，其中，进入燃气发生器的混合燃料一般采用富燃预燃方式产生动力驱动同轴涡轮泵，尾气直接排到外面，这会导致部分燃料不能完全完全燃烧利用。主流的闭式循环火箭发动机工作原理与主流的开式循环火箭发动机大同小异，差别在于进入燃气发生器混合燃烧产生的废气并没有直接排出，而是引入主燃烧室补充燃烧，所有燃料都能完全利用。

闭式循环火箭发动机又可以进一步细分为分级燃烧循环火箭发动机和全流量分级燃烧循环火箭发动机两类。其中，分级燃烧循环火箭发动机按照燃气发生器动力来源又分为“富燃预燃”和“富氧预燃”。

“富燃预燃”是指氧化剂先分成两部分，其中一小部分氧化剂在预燃室与过量燃料混合富燃燃烧，产生高压燃气推动涡轮后再进入燃烧室补燃，涡轮则通过连轴带动离心泵将剩余的大部分氧化剂和燃料泵入燃烧室燃烧。

“富氧预燃”则是指燃料先分成两部分，其中一小部分燃料在预燃室与过量氧化剂混合富氧燃烧，产生高压燃气推动涡轮后再进入燃烧室补燃，涡轮则通过连轴带动离心泵将剩余的大部分燃料和氧化剂泵入燃烧室燃烧。

从技术难度来看，实现“富燃预燃”技术难度更低，毕竟过量的燃料不具有强氧化性，不会与预燃室的金属内壁材料或涡轮材料发生化学反应，而“富氧预燃”则十分棘手，非常容易在几百度条件下腐蚀金属材料而导致燃气发生器迅速损坏。

美苏冷战时期，美国就因为没把握研制出能够承受几百度高温高压下液氧腐蚀的特殊材料，干脆放弃研制高压补燃液氧煤油发动机。苏联则大胆尝试，没想到最终还真让它研制出这种特殊合金，所以才造出至今都领先世界的RD170、RD180、RD190系列高压补燃液氧煤油火箭发动机。

全流量分级燃烧循环火箭发动机相当于一台同时集成了“富燃预燃”分级燃烧循环火箭发动机和“富氧预燃”分级燃烧循环火箭发动机的特殊火箭发动机。在攻克“富氧预燃”之后，全流量分级燃烧循环火箭发动机（简称全流量火箭发动机）主要技术难点就被突破了。

全流量火箭发动机的最大优势在于，燃料和氧化剂都能通过全部通过燃气发生器的预燃室，最大限度地为其提供冷却，而高压补燃火箭发动机则只能做到部分燃料或者部分氧化剂通过燃气发生器的预燃室，冷却效果大大低于全流量火箭发动机。好处是，燃气发生器预燃室温度相同的前提下，全流量火箭发动机的燃气发生器输出功率相比高压补燃火箭发动机更大，可以给火箭燃烧室提供更大的压力，产生更大的推力和更高的比冲。

据了解，世界上燃烧室压最高的高压补燃液氧煤油火箭发动机是俄制RD-191，室压为26.1Mpa，而Space X公司研制的猛禽2代全流量液氧甲烷火箭发动机的室压却高达30Mpa，其中地面型号室压甚至能提升到33Mpa，这是高压补燃火箭发动机所做不到的。

上面提到全流量液氧甲烷火箭发动机的最大技术难点在于如何让燃气发生器在“富氧预燃”环境下长时间稳定运行。我国通过YF100高压补燃液氧煤油火箭发动机彻底掌握了“富氧预燃”燃气发生器技术。我国正在研制的YF90高压补燃氢氧发动机于2021年9月23日和2023年2月2日分别成功进行1次全工况半系统试车，标志着我国掌握了“富燃预燃”燃气发生器技术。可见我国在这两类高压补燃火箭发动机技术的基础上，研制出一款全流量液氧甲烷火箭发动机也只是时间问题。

官方杂志《科学中国人》在2022年4月14日曾发布了一篇名为《航天六院王春民：以持续创新锻造问鼎太空力量之源》的文章，文中提到：为满足我国空间站建设、载人登月、深空探测等重大科技专项对液体火箭发动机的发展需求，十一所正围绕常温推进剂发动机、液氧煤油发动机、武器姿轨控发动机、冲压及组合动力发动机等领域开展全方位布局，开展百吨级常温某型发动机、500吨级液氧煤油发动机、200吨级全流量补燃循环液氧甲烷发动机等型号研制工作，全力助推航天强国建设。

2022年10月1日，中国航天科技集团六院的微信视频号发布了一个名为《院魂诞生的地方》的视频，透露了“八年九机”液体火箭发动机发展计划。该计划目标是在2028年前研制出9款不同类型的火箭发动机，补全我国火箭发动机型谱，其中就包括一款200吨级全流量分级燃烧液氧甲烷火箭发动机（全流量补燃循环液氧甲烷火箭发动机）。

虽然我国在全流量液氧甲烷火箭发动机方面暂时还落后，但已经在研制了，并且最大技术难点我国也早已攻克，预计5年内可以研制成功，并在2030年左右助力我国长征九号重型运载火箭首飞。